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HPI自舉在TMS320VC5402芯片上的實(shí)現(xiàn)
摘要：在由TI系列DSP組成的多機(jī)系統(tǒng)中，往往用HPI進(jìn)行多機(jī)數(shù)據(jù)交換。由于HPI的功能特性，產(chǎn)生了一種新的應(yīng)用——使用HPI對(duì)DSP進(jìn)行自舉。介紹了使用HPI對(duì)TMS320C5402進(jìn)行自舉，從而省掉了DSP的EPROM，使DSP只使用SRAM，提高了處理速度，并使HOST CPU具有更大的控制權(quán)，很適合多處理器系統(tǒng)。當(dāng)前，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力在通信、電子、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。使用DSP的系統(tǒng)可以按處理器使用的數(shù)目分為單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)。單DSP的系統(tǒng)盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)的功能將不可避免地有有所限制。由于DSP的控制功能不是非常強(qiáng)大，在應(yīng)用中往往不得不把DSP作為目標(biāo)系統(tǒng)專門(mén)負(fù)責(zé)復(fù)雜的運(yùn)算，而另外使用一個(gè)主機(jī)（PC機(jī)或是單片機(jī)）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)行控制。所以，在使用DSP的多處理器系統(tǒng)中，主機(jī)（單片機(jī)、PC機(jī)、另一個(gè)DSP芯片）與目標(biāo)系統(tǒng)DSP的數(shù)據(jù)交換就成應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問(wèn)題。
1 主機(jī)接口的傳統(tǒng)解決方案
解決主機(jī)與目標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，傳統(tǒng)的方式是采用DMA（Direct Memory Access）或全局存儲(chǔ)器（Global Memory）完成多機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享。在DMA方式下，讀寫(xiě)共享人存必須要求其它處理器處于停止工作的狀態(tài)，所以DMA共享存儲(chǔ)器的方式往往不為人所用。全局存儲(chǔ)器是多個(gè)處理器共享的存儲(chǔ)器。在使用全局存儲(chǔ)器的應(yīng)用系統(tǒng)中，DSP的地址空間被分成局部塊（Local Section）和全局塊（Global Section）。局部塊用于完成處理器自己的工作，而全局塊則用來(lái)完成與其它處理器的通信工作。在TMS320C5x器件中，使用全局存儲(chǔ)器分配寄存器Greg完成對(duì)全局內(nèi)存的管理工作。Greg指定部分DSP內(nèi)存為全局內(nèi)存。比如，TMS320C5x器件能夠分配全局?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)存空間，并通過(guò)BR（Bus Request）和hcs控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)與該內(nèi)存的通信。當(dāng)需要尋址全局內(nèi)存空間時(shí)，BR和hcs信號(hào)變低電平。于是外部邏輯進(jìn)行全局內(nèi)存控制權(quán)的裁決，裁決的結(jié)果將通過(guò)選通信號(hào)通知某個(gè)TMS320C5x，從而使該DSP現(xiàn)在就擁有對(duì)全局內(nèi)存的控制權(quán)。顯然，使用全局內(nèi)存的方式來(lái)完成多DSP的共享數(shù)據(jù)通信是非常方便的。但是，應(yīng)用系統(tǒng)往往由單片機(jī)作為主機(jī)，DSP作為目標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成。由于當(dāng)前使用最多的單片機(jī)往往是8位機(jī)，使用16位機(jī)的共享內(nèi)存完成主機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交換不是處理太復(fù)雜就是資源利用不充分。為了解決DSP與低檔8位主機(jī)的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，TI公司在TMS320C54x系列中使用了HPI接口。HPI將以往一些需片外實(shí)現(xiàn)的功能集成在片內(nèi)，簡(jiǎn)化了與主機(jī)的連接，同時(shí)主機(jī)可以達(dá)到很高訪問(wèn)速度。該HPI端口在TI TMS320C6x系列的器件中也得到了保持，且功能有所增強(qiáng)。
2 TMS320VC5402的HPI
TMS320VC5402是TI公司的54X系列定點(diǎn)DSP，具有低功耗，高性能的特點(diǎn)。
CPU 增強(qiáng)的多總線結(jié)構(gòu)，三條獨(dú)立的16bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條程序存儲(chǔ)器總線；40bit運(yùn)算邏輯單元（ALU），包括一個(gè)40bit的桶形移位器和兩個(gè)獨(dú)立的40bit累加器，17bit×17bit并行乘法器；連接一個(gè)40bit的專用加法器，可用來(lái)進(jìn)行非流水單周期乘/加（MAC）運(yùn)算；比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）用于Viterbi運(yùn)算器的加/比較選擇；指數(shù)編碼器在一個(gè)周期里計(jì)算一個(gè)40bit累加器的指數(shù)值；兩個(gè)地址發(fā)生器中有八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器運(yùn)算單元（ARAUs）；數(shù)據(jù)總線具有總線保持特性。
存儲(chǔ)器 擴(kuò)展地址模式可最大尋址到1M×16bit外部程序空間，4K×16bit片上ROM，16K×16bit雙訪問(wèn)片上RAM。
指令集 支持單指令循環(huán)和塊循環(huán)，存儲(chǔ)塊移動(dòng)指令提供了高效的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理，支持32bit長(zhǎng)字操作數(shù)指令，支持兩個(gè)或三個(gè)操作數(shù)讀指令，支持并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)命令、條件存儲(chǔ)指令和中斷快速返回，支持定點(diǎn)DSP C語(yǔ)言編譯器。
片上硬件資源 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程存儲(chǔ)單元轉(zhuǎn)換，連接內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘發(fā)生器，兩個(gè)多通道緩沖串口（McBPs），增強(qiáng)型8bit并行主機(jī)接口（HPI8），兩個(gè)16bit定時(shí)器，6通道直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）控制器。
電源 低功耗，工作電源有3.3V和1.8V（內(nèi)核），用節(jié)電模式的IDLE1、IDLE2及IDLE3指令做功率控制，可禁止CLKOUT信號(hào)。
速度 在3.3V供電（1.8V核心電壓）下單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)行周期為10ns（100MIPS）。
仿真 符合IEEE1149.1邊界掃描邏輯標(biāo)準(zhǔn)的片內(nèi)掃描仿真邏輯接口。
TMS320C54x系列DSP芯片中的HPI，能夠順序傳送或隨機(jī)傳送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生HOST中斷和C54x中斷，接口靈活，并可通過(guò)DMA總線訪問(wèn)片內(nèi)RAM。當(dāng)TMS320C54x與主機(jī)（或主設(shè)備）交換信息時(shí)，HPI是主機(jī)的一個(gè)外圍設(shè)備。HPI有8根數(shù)據(jù)線HD（0～7），在TMS320C54x與HOST傳送數(shù)據(jù)時(shí)，HPI能自動(dòng)將外部接口傳來(lái)的連續(xù)數(shù)據(jù)組合成16位數(shù)后傳送給DSP。如果HOST和DSP競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)地址，則HOST優(yōu)先，DSP等待一個(gè)HPI周期。
TMS320C54x系列發(fā)展到TMS320VC5402的時(shí)候，其HPI已經(jīng)得到了增強(qiáng)，被稱為HPI-8。和TMS320C54x系列前幾款芯片中的標(biāo)準(zhǔn)HPI相比，HPI-8在幾個(gè)方面有所不同，見(jiàn)表1。
表1 HPI-8和標(biāo)準(zhǔn)HPI的主要差別
HOST訪問(wèn)總是與TMS320C54z時(shí)鐘同步
HOST和TMS320C54x都可訪問(wèn)片內(nèi)RAM可訪問(wèn)所有片內(nèi)2K的RAM空間
HOST-Only模式下HOST訪問(wèn)與TMS320C54x時(shí)鐘同步
HOST-Only模式，HOST具有獨(dú)占的訪問(wèn)權(quán)
HPI-8的使用是通過(guò)對(duì)HPIA、HPIC和HPID三個(gè)寄存器賦值實(shí)現(xiàn)的。HPIA是地址寄存器，HPIC是控制寄存器，
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